저자: 한대공학 · 한국인
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브로드컴의 핵심 기술인 SerDes(직렬화/역직렬화 IP)를 설명한다. 병렬 신호를 직렬화해 핀 수를 줄이고 고속 전송·노이즈 억제·저전력을 달성하며, 이퀄라이제이션·클럭 보정 등 기법과 다양한 프로토콜/거리 지원 라인업이 경쟁력이라고 주장한다. AI 데이터센터의 대역폭 병목 해소 측면에서 브로드컴이 주목받는다는 내용이며, 메모리 컨트롤러 중심 해석은 과대평가라고 반박한다.
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안녕하세요, 한대공학입니다. 최근 넥스트 엔비디아로 다시 주목받고 있는 기업이 있죠. 바로 브로드컴입니다. 제가 4개월 전에 이미 영상을 올려서 대부분의 빅테크 기업들이 자체 AI 칩을 설계하기 위해 브로드컴을 찾고 있다고 말씀드리며 브로드컴 전반을 소개해 드렸는데요. 그런데 투자 시장에서도 브로드컴의 역할과 해자에 대해 부정확한 정보들이 계속 돌고 있어서, 브로드컴의 핵심 기술이 무엇인지, 왜 빅테크가 브로드컴을 찾는지 관련 영상을 시리즈로 만들어 보려고 합니다. 오늘은 그 첫 번째 시간으로, 데이터센터에 들어가는 핵심 기술인 서데스(SerDes)를 설명드리겠습니다. 이 기술이 왜 AI 시대에 브로드컴을 다시 주목받게 했는지, 기술적으로 어떤 해자가 있는지 알아보겠습니다.
시작하기 전에, 후드집업을 많이 사랑해 주셔서 감사합니다. 좋다는 말씀을 많이 해 주셔서 뿌듯하고, 앞으로도 괜찮은 제품이 있으면 준비해 보겠습니다. 그럼 시작하겠습니다.
인트로에서 엔비디아의 블랙웰 플랫폼 구성을 보여 드렸는데요. 칩과 칩 사이의 통신뿐 아니라, 이 덩어리들이 네트워킹으로 통신해야 하고 스위치를 통해 거대한 서버를 이뤄 나가는 모습이었습니다. 지금 보시는 것은 브로드컴의 네트워킹, 특히 스위치에 해당하는 부분입니다. 파이(PHY)가 어떻게 연결되고, 일렉트로 옵틱스 등 여러 채널을 통해 얼마만큼의 스루풋을 내는지 보여 주는 도면이죠.
게임을 할 때는 그래픽카드 하나면 충분하지만, AI 데이터센터에서 거대한 LLM을 돌리려면 GPU 하나로는 부족하고 여러 개가 함께 동작해야 합니다. 오픈AI가 GPT-5.3을 발표하기도 했는데, 그런 거대 모델을 돌리려면 각 서버가 네트워크 스위치로 연결되어야 하고, 물리적으로 떨어진 모듈들 사이를 빠르게 오갈 수 있는 네트워킹 속도 자체가 중요합니다.
엔비디아 블랙웰의 예를 보면, HBM이 GPU에 붙어 통신하는 것도 중요하지만 더 중요한 것은 칩과 칩이 어떻게 통신하느냐입니다. 엔비디아는 칩 투 칩 통신을 NVLink라는 자체 기술로 하고 있습니다. 멜라녹스를 인수해서 PCIe와 별도의 독자 규격으로 나아가고 있죠. 그런데 그것만으로는 충분하지 않습니다. 랙을 구성하는 각 요소들이 서로 통신해야 하고, 이를 위해 NVLink 스위치 등 여러 층위에서 스위칭 역할을 해 줄 필요가 있습니다. 브로드컴은 이런 여러 층위에서 필요한 속도로, 저전력으로 데이터를 보낼 수 있는 서데스 IP 기술에 굉장히 경쟁력이 있는 회사입니다.
서데스는 Serializer(직렬화)와 Deserializer(역직렬화)를 합친 말입니다. 원래 병렬로 여러 개(예를 들어 여덟 개) 나가던 신호를 직렬로 바꿔 순차적으로 보내고, 받는 쪽에서는 다시 병렬로 펼치는 기술입니다.
그렇다면 병렬로 보내는 게 더 빠르지 않을까요? 엔비디아 GPU 안의 CUDA 코어도 병렬로 구성되어 있는데 왜 직렬화를 해야 할까요? 이유를 이해하려면 물리적 특성을 봐야 합니다.
반도체 핀이 여러 개 물리적으로 떨어져 있다고 생각해 봅시다. 그대로 보내면 빠를 것 같지만, HBM은 1024개, 2048개 등 핀의 개수 자체가 많습니다. HBM 영상에서 말씀드린 것처럼 HBM은 핀을 많이 늘려 병렬로 데이터를 보내는 구조입니다. 여기서 직렬화를 하면 첫째, 물리적 핀 수를 줄일 수 있습니다. PCB 위에서 GPU나 다른 IP를 연결할 때 실제로 연결해야 할 핀이 줄어들어 PCB 설계의 복잡성이 낮아집니다. 둘째, 하나의 핀에서 클럭 속도를 높여 빠르게 많은 데이터를 보낼 수 있습니다.
병렬 핀들의 클럭을 높이면 되지 않느냐고 생각할 수 있지만 한계가 있습니다. 물리적으로 서로 다른 핀들은 신호를 맞추기 어렵고, 클럭을 올린다고 무조건 많이 보낼 수 있는 것도 아닙니다. 또한 핀이 여러 개 가까이 있으면 크로스토크, 즉 서로 간섭이 일어나 신호가 뭉개집니다. 그래서 병렬 신호의 노이즈를 줄이고 전력도 아끼면서, 클럭을 높여 직렬로 바꿔 보내는 기술이 바로 서데스입니다.
브로드컴은 20년 넘게 서데스를 만들어 온 장인 같은 회사입니다. 미국 주식 티커가 AVGO인데, 과거 아바고(Avago)가 있었습니다. 아바고도 서데스를 잘했는데, 브로드컴이 합병하면서 통신과 네트워크 장비, 모듈 쪽의 다양한 서데스 라인업을 갖게 되었습니다.
이게 무슨 의미일까요? GPU끼리, 칩과 칩이, 혹은 광통신으로 통신할 때 각 구간마다 목표하는 데이터 전송량이 다르고, 거기에 맞는 서데스 스펙도 다릅니다. 브로드컴은 모든 라인업에서 저전력 경쟁력을 갖추고 있어서, 빅테크 기업이 어느 속도로 맞춰 달라고 하면 그에 맞춰 서데스를 조합해 설계할 수 있습니다. 그리고 서데스를 병렬로 구성해 레인 수를 늘리면 속도를 더 높일 수 있어서, HBM처럼 쏟아지는 데이터를 빠르게 처리하는 능력도 갖추고 있습니다.
브로드컴 서데스의 역할을 정리하면 다음과 같습니다.
첫째, 병렬화로 대역폭을 크게 높입니다. HBM이 '하이 밴드위스 메모리'인 것처럼 대역폭을 확 늘릴 수 있는 다양한 서데스 라인업을 갖고 있습니다.
둘째, 인테그리티와 신뢰성입니다. 빠르게 보내도 신호가 제대로 전달되어야 합니다. 10Gb, 25Gb, 100Gb, 200Gb로 속도가 올라갈수록 케이블과 PCB 등에서 신호가 상쇄되거나 간섭이 커집니다. 이를 보정하기 위해 DFE(결정 피드백 이퀄라이저), FFE 같은 이퀄라이제이션 기법을 갖고 있습니다. 또한 레인마다 클럭이 달라 생기는 클록 스큐도 복구하고 보정하는 기법을 많이 갖고 있습니다.
셋째, 다양한 프로토콜을 지원합니다. PCIe, 엔비디아의 인피니밴드, 광통신용 파이버 채널, 기업용 스토리지 프로토콜 SAS 등 각 프로토콜마다 목표 스루풋이 다릅니다. 브로드컴은 하나의 서데스 IP로 여러 규격을 지원하거나, 필요에 맞게 커스터마이징해서 넣을 수 있는 종합 솔루션을 갖고 있습니다.
넷째, 전력 효율입니다. 예전에는 서데스가 작은 IP 하나 정도였을지 몰라도, AI 워크로드가 빡세지면서 저전력 설계가 중요해졌습니다. 브로드컴은 오랜 기간 서데스를 다듬어 왔기 때문에 이퀄라이제이션을 클록마다 고정하지 않고 적응형(어댑티브)으로 조절하는 등 전력을 줄이는 기술을 많이 갖고 있습니다. 이는 데이터센터 전체의 전력 효율, 즉 PUE 개선에도 유용합니다.
다섯째, 거리 커버리지입니다. 서버 내부는 20cm 정도지만, 랙 간에는 수 미터, 데이터센터 간에는 광통신으로 수 킬로미터까지 연결해야 합니다. 짧은 거리(쇼트 리치)부터 롱 리치까지 다양한 서데스를 모두 지원할 수 있어서, 데이터센터 전체를 통째로 지으려는 빅테크에게 브로드컴은 매우 적절한 파트너입니다.
최근 한 증권사 애널리스트가 엔비디아와 브로드컴의 핵심 역량이 메모리 컨트롤러라고 말한 글을 봤습니다. 하지만 엄밀히 말하면 메모리 컨트롤러 자체가 브로드컴의 핵심 역량이라고 보기는 어렵습니다. 메모리 컨트롤러는 도서관 사서가 책을 찾아 주고 다시 꽂아 두듯, 메모리와 프로세서 사이에서 데이터를 오가게 하는 장치입니다. 이것은 중국 기업들도 많이 만드는 영역이라 압도적인 기술이라고 보기 힘듭니다.
핵심은 메모리 컨트롤러 내부에서 HBM에 맞는 서데스를 쓰는지, 그리고 시리얼라이즈/디시리얼라이즈된 정보를 PCIe나 이더넷 등 다른 프로토콜로 잘 전환할 수 있는 IP를 가졌는지입니다. 엔비디아도 마찬가지입니다. NVLink라는 독자 규격도 결국 빠른 직렬화와 역직렬화, 낮은 노이즈, 저지연, 고대역폭으로 데이터를 주고받는 것이 포인트입니다. 엔비디아의 NVLink에는 PAM4(4-레벨 펄스 진폭 변조) 방식이 쓰입니다. 통신공학에서 배우는 개념인데, 기존에는 신호가 0과 1만 표현했다면, PAM4는 0, 1, 2, 3 네 개의 층위를 나눠서 같은 시간에 두 비트를 보낼 수 있습니다. 이런 방식으로 속도를 높이고, 서데스 기반 프로토콜과 네트워크 스위치를 잘 구성하는 것이 핵심입니다.
RDMA, RoCE 같은 네트워크 개념에 대해서는 제가 예전에 브로드컴 전반을 정리한 영상과 아스트라 네트웍스 관련 영상이 있으니 참고해 주시기 바랍니다. 특히 이더넷 스위치가 주목받는 이유도 GPU끼리, 그리고 서버끼리 연결해야 하기 때문입니다. 이런 연결을 브로드컴이 잘 개발해 왔고, 그 기반이 되는 핵심 IP 기술이 바로 서데스라고 이해하시면 됩니다.
브로드컴 자료를 보면 2012년부터 레인당 50Gb, 100Gb로 점차 올라가 지금은 200Gb 수준까지 늘어났습니다. 이것은 TSMC의 선단 공정, 나노미터 단위까지 쓰면서 가능해진 것입니다. 그래서 브로드컴은 단순한 통신을 넘어, 빅테크가 TSMC 3나노 같은 선단 공정으로 AI 칩(ASIC)을 만들고 싶다고 설계를 맡길 때, 공정에 대한 이해도가 높고 케이던스나 시놉시스 같은 EDA 툴과 IP를 결합해 설계를 잘 해낼 수 있습니다. 물론 마벨이라는 경쟁사도 있지만 규모는 브로드컴보다 작은 편입니다.
ASIC 협력 과정은 다음 편에서 자세히 다루겠습니다. 구글 등이 브로드컴과 어떻게 협력하는지 설명드릴 예정입니다.
오늘의 핵심은 이것입니다. 브로드컴은 서데스 IP 기술을 갖고 있고, 라인업이 굉장히 넓습니다. 서버 내부부터 데이터센터 백본까지 전체에 서데스가 필요한데, AI 시대에는 GPU와 가속기들이 서로 동기화된 상태에서 여러 파이프라인을 처리해야 합니다. 그러려면 내외부 모두를 연결할 수 있는 기술이 필요하고, 전체 대역폭이 막힘없이 뚫려야 한쪽이 병목이 되지 않고 거대한 AI 모델을 돌릴 수 있습니다. 브로드컴은 이런 전방위 서데스를 지원하면서 데이터센터 확장의 핵심이 되고 있으며, 서데스의 저전력 구현에서도 강점을 가지고 있습니다. 물론 전력 계산은 더 필요하지만, 세대가 바뀔 때마다 신호 감쇠나 크로스토크 문제를 잘 해결해 가고 있고, 차세대 솔루션인 광학 기술과의 결합도 계속 시도하고 있습니다. 그래서 브로드컴이 미래 기술로서 주목받을 수밖에 없다고 생각합니다.
브로드컴의 강점은 서데스만이 아니지만, 오늘은 데이터를 병목 없이 전달하기 위한 핵심 기술을 깊게 살펴봤습니다. 다음 시간에는 ASIC 설계에서 브로드컴이 왜 강한지, 애플, 구글, 오픈AI 등과 어떻게 협력하는지 찬찬히 다뤄 보겠습니다. 지금까지 한대공학이었습니다. 감사합니다.
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